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Todo lo que te rodea está hecho de productos químicos. Y eso solo es posible porque esos químicos interactúan y se unen. Exactamente cómo y por qué lo hacen depende de su naturaleza pero, en general, hay dos tipos de interacciones que los mantienen cerca: interacciones primarias (o fuertes) y secundarias (o débiles).

Créditos de la imagen Thor Deichmann.

Estos se dividen aún más en más subcategorías, lo que significa que hay mucho terreno por cubrir. Hoy, veremos los fuertes, que se forman a través de la transferencia de electrones o la atracción electrostática entre átomos.

A medida que avanzamos, tenga en cuenta que los átomos interactúan para reducir sus niveles de energía. Eso es lo que obtienen al unirse a otras sustancias químicas, y lo harán hasta que encuentren un compañero de enlace que traiga el equilibrio perfecto a sus vidas; como lo hace la gente.

La configuración estable de un átomo, el estado al que tienden todos los átomos, se conoce como su configuración de gas noble. Los gases nobles forman la última columna en el lado derecho de las tablas periódicas, y son extremadamente o completamente no reactivos químicamente (no necesitan interactuar porque tienen un equilibrio interno).

Los lazos fuertes son los lazos más resistentes que los átomos o las moléculas pueden forjar con sus pares. El secreto de su fuerza proviene del hecho de que las interacciones primarias se basan en la valencia de un átomo. El número de valencia significa cuántos electrones que se mueven alrededor del núcleo de un átomo se pueden compartir con otros. La gran mayoría del comportamiento químico de una sustancia es un producto directo de estos electrones.

Enlaces covalentes

El primer tipo de interacciones fuertes que veremos bien, y el más común, es el enlace covalente. El nombre, covalencia, resume bastante bien el proceso: dos átomos comparten algunos o todos sus electrones de valencia, lo que ayuda a que ambos se acerquen al equilibrio. Este tipo de enlace se representa con una línea entre dos átomos. Pueden ser simples (una línea), dobles (dos líneas) o triples (tres líneas).

Los enlaces covalentes son especialmente importantes en química orgánica. Imagen vía Wikimedia.

En esencia, lo que sucede dentro de un enlace covalente es que tienes un átomo privado de electrones (con carga positiva) y uno que tiene demasiados electrones (con carga negativa). Ninguno de los dos quiere seguir así porque su desequilibrio interno de cargas eléctricas los vuelve inestables. Cuando se colocan cerca uno del otro, comenzarán a comportarse como un solo macroátomo, sus electrones comenzarán a orbitar alrededor de ambos.

Estas órbitas compartidas son las que mantienen físicamente a los átomos juntos. El átomo con demasiados electrones solo los tiene la mitad del tiempo, y el que tiene muy pocos tiene suficiente la mitad del tiempo. No es ideal, pero es lo suficientemente bueno y no requiere cambios en la estructura del átomo (lo cual es excelente si le preguntas a la naturaleza).

Las cosas se complican un poco más en la realidad. Los electrones no se mueven a toda velocidad, sino que necesitan seguir ciertas leyes. Estas leyes dictan qué forma tomarán sus órbitas (formando orbitales), cuántas capas de orbitales habrá y cuántos electrones puede transportar cada una, a qué distancia estarán estos orbitales del núcleo, etc. En general, debido a su estructura en capas, solo los orbitales superiores están involucrados en la unión (y como tales, son los únicos que dan a los elementos sus propiedades químicas). Tenga en cuenta que los orbitales pueden y se superponen, por lo que exactamente lo que significa más arriba aquí es relativo al átomo que estamos discutiendo.

Una representación 3D de orbitales de electrones. Imagen vía Pixabay.

Pero para abreviar, el enlace covalente implica que los átomos reúnan sus electrones libres y los hagan orbitar alrededor de ambos, aprovechando la debilidad del otro para fortalecer el par.

Los enlaces covalentes son especialmente frecuentes en la química orgánica, ya que es la forma preferida en la que el carbono se une a otros elementos. Los productos que forman pueden existir en estado gaseoso, líquido o sólido, mientras que los siguientes dos tipos solo pueden producir sustancias sólidas.

Enlaces iónicos

A continuación están los enlaces iónicos. Cuando los enlaces covalentes involucran dos o más átomos que comparten electrones, los enlaces iónicos son más similares a las donaciones. Este tipo de enlace químico está mediado por una carga electrostática entre los átomos (las partículas cargadas negativamente atraen a las cargadas positivamente). El enlace está formado por uno o más electrones que van del donante al receptor en una reacción redox (oxidación-reducción); durante este tipo de reacción, las propiedades de los átomos cambian, a diferencia de los enlaces covalentes. Los enlaces iónicos generalmente involucran un átomo de metal y un no metal.

Cristales de sal de mesa. Las sales se forman a partir de enlaces iónicos. Imagen vía Wikimedia.

La sal de mesa es un gran ejemplo de un compuesto formado con enlaces iónicos. La sal es una combinación de sodio y cloro. El átomo de sodio cederá uno de sus electrones al cloro, lo que hará que tengan diferentes cargas eléctricas; debido a esta carga, los átomos se unen fuertemente.

Vuelve a vincularse al equilibrio. Debido a las leyes que rigen los orbitales electrónicos, hay ciertas configuraciones que son estables y muchas otras que no lo son. Al mismo tiempo, los átomos también quieren lograr la neutralidad electrostática. En un enlace iónico, un átomo aumentará su energía electrostática (dará o tomará carga negativa) para reducir su desequilibrio interno general (al alcanzar una configuración electrónica estable) porque eso es lo que más reduce su energía.

Los enlaces covalentes en su mayor parte tienen lugar entre átomos con las mismas propiedades electrostáticas y no hay transferencia directa de electrones porque eso aumentaría los niveles generales de energía del sistema.

Los enlaces iónicos son más comunes en la química inorgánica, ya que tienden a formarse entre átomos con propiedades electrostáticas muy diferentes y (quizás lo más importante) los compuestos iónicos siempre son solubles en agua. Sin embargo, los compuestos iónicos como las sales tienen un papel muy importante que desempeñar en biología.

La principal diferencia entre los enlaces iónicos y covalentes es cómo actúan los átomos involucrados después de unirse. En un enlace covalente, están ligados específicamente a sus compañeros de reacción. En un enlace iónico, cada átomo está rodeado por enjambres de átomos de carga opuesta, pero no ligados a uno de ellos en particular. Los átomos con carga positiva se conocen como cationes, mientras que los que tienen carga negativa son aniones.

Otra cosa a tener en cuenta sobre los enlaces iónicos es que se rompen si se aplica suficiente calor en las sales fundidas, los iones son libres de alejarse unos de otros. También se descomponen rápidamente en el agua, ya que los iones se atraen con más fuerza hacia estas moléculas que entre sí (es por eso que la sal se disuelve en el agua).

Bonos metálicos

Microestructura de acero VT22 (aleación de titanio forjado) después del temple. Imagen vía Wikimedia.

Si el nombre no lo delatara, este tipo de enlace químico es el sello distintivo del metal y las aleaciones metálicas. No es el único tipo de enlace que pueden formar, incluso entre metales puros, pero casi siempre se ve en los metales.

Químicamente hablando, los metales son donantes de electrones que necesitan arrojar electrones para alcanzar el equilibrio. Debido a la naturaleza de estos átomos, sus electrones pueden moverse entre átomos, formando nubes de electrones. Estos electrones separados se denominan deslocalizados.

Este tipo de enlace comparte propiedades de los enlaces iónicos y covalentes. En esencia, cada átomo de metal necesita ceder electrones para ser estable (comportándose así como un catión). Pero debido a que está rodeado por otros átomos metálicos (es decir, otros cationes), no hay nadie que quiera aceptar esa carga eléctrica. Entonces, los electrones se agrupan y todos pueden tenerlos en algún momento (formando así un enlace covalente). Puedes pensar en él como un enlace iónico donde los núcleos atómicos forman los cationes y los electrones mismos los aniones. Otra forma de verlo, aunque esto es más una abstracción utilizada para ilustrar un punto, es que todos los átomos involucrados en un enlace metálico comparten un orbital.

Tenga en cuenta que esta teoría del mar de electrones es un modelo del proceso, está demasiado simplificado y no es una representación perfecta de lo que realmente está sucediendo, pero es lo suficientemente bueno como para darle una idea general de cómo funcionan los enlaces metálicos.

Debido a que los enlaces metálicos comparten las propiedades de los enlaces iónicos y covalentes, crean enlaces cristalinos (como las sales) sin dejar de ser maleables y dúctiles (a diferencia de la mayoría de los demás cristales). La mayoría de las propiedades físicas que buscamos en los metales son un producto directo de esta estructura. La nube de electrones deslocalizados actúa como un aglutinante que mantiene unidos a los átomos. También actúa como un amortiguador, evitando que los golpes mecánicos rompan la estructura. Cuando los herreros martillan el hierro o el acero, reorganizan los núcleos atómicos. Los electrones aún pueden moverse a su alrededor, como el agua alrededor de las rocas en un arroyo, y ayudan a mantener todo unido durante el proceso.

Los enlaces metálicos tienen la energía de enlace más baja de los tipos que hemos visto hoy en otras palabras, son los más estables.


La química a menudo tiene una mala reputación por ser esa materia aburrida con las matemáticas y la mezcla de líquidos. Así que es fácil olvidar que literalmente mantiene unido al mundo. Los objetos que nos rodean son producto de la forma en que interactúan sus átomos y moléculas. Nuestros cuchillos pueden cortar la comida en nuestros platos porque miles de millones de átomos dentro de ese cuchillo se aferran entre sí para salvar su vida, y los de la comida no. Los diamantes cortan la piedra sólida porque los átomos de carbono pueden unirse a otros átomos de carbono en estructuras que son más fuertes que casi cualquier otra cosa que hayamos visto. Nuestras células y tejidos se mantienen unidos por las mismas interacciones. Estaban vivos porque las moléculas de agua tienen una forma que las convierte en disolventes universales.

Todavía estamos trabajando mucho con modelos aquí, nuestra comprensión de los lazos que unen es aún imperfecta. Pero incluso estos modelos pueden ayudarnos a apreciar la inmensa complejidad oculta en los objetos más mundanos que nos rodean.

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